（机械设计及理论专业论文）多功能显控台系统建模方法研究与应用.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 多功能显控台是为了适应现代指控系统的需求而研制的新型显控台软件足多功能 显控台的重要组成部分，是实现整个多功能显控台系统的关键。因此，采用先进的软件 建模方法，对多功能最控螽系统进行建模研究，十分必要。本文研究总结了基于u m l 的组 牛建模方法，并将其成用予多功能显控台系统建模，以期提高系统开发的规范性和 高效性，增强系统的重用能力，提升羧个系统的灵活性、适应性及可维护性。j ，t 一 本文酋先在分析、研究u m l 和c o m d c o m 、c o r b a 、e j b 三种组件技术标准的 基础上，总结并提出了基于u m l 的组件建模方法，其内辑包括使用u m l 设计组件的 一般方法，以及根抛r a t i o n a lr o s e 提供的相应支持，针对三种组件技术标准的具体建 模方法。其次，根据功能需求，进行了多功能鼹控台系统体系结构的设计，即在分析眈 较多功能照控台单机、双机两种系统体系结构的基础上，确定了双机系统体系结构。详 细阐述了层次化结构的多功能显控台软件组成。指出了待开发的系统中间件和应用软 件并设计了其软件体系结构。然后，运用基于u m l 的缎件建模方法，以显示中闯件 为例，给出了多功能显控台系统中间件建模的整个过稃，包括需求获取、分析建模、漫 计建模和软件实现。最后，为了验证系统中间件的功能并对基于系统中间件的二次_ ) 1 ： 发给予一寇的方法指导，给出个多功能鼗控台应稻系统，f 发实例。 关键谣：多功能显控台：统一建模语言；维件技术：系统体系结构：中阉件 一一一_ h ，_ _ ”一 l 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h em f c ( m u l t i f u n c t i o nc o n s o l e ) i san e wt y p eo fc o n s o l e st o b ed e v e l o p e df o rt h e m o d e mc o m m a n da n dc o n t r o ls y s t e m t h es o f t w a r ei sa l li m p o r t a n tp a r to f t h em f c ，a n di s t h ek e yt oi m p l e m e n tt h ew h o l em f c s y s t e m s oi ti sn e c e s s a r y t ou s et h ea d v a n c e ds o f t w a r e m o d e l i n gm e t h o dt or e a l i z et h em o d e l i n go f t h em f c s y s t e m i nt h i st h e s i st h ea p p r o a c h t o m o d e l i n gc o m p o n e n t s b a s e do n u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) i s s t u d i e da n d s u m m a r i z e d t h i sa p p r o a c hi sa p p l i e dt om o d e it h em f cs y s t e ms oa st oi m p r o v et h e c r i t e r i o na n de f f i c i e n c yo fs y s t e md e v e l o p m e n t ，r e u s ea b i l i t y , f i e x i b i l i t y , a d a p t a b i l i t ya n d m a i n t a i n a b i l i t yo f t h ee n t i r es y s t e m f i r s t l y , b yt h es t u d yo f u m la n dt h r e ec o m p o n e n tt e c h n i q u e s ( c o m d c o m ，c o r b aa n d e j b ) ，t h ea p p r o a c h t om o d e l i n g c o m p o n e n t s b a s e do nu m li ss u m m a r i z e di nt h i st h e s i s t h i s m e t h o di n c l u d e st h eg e n e r a lm e t h o do fu s i n gu m l t od e s i g nc o m p o n e n t s ，a n dt h ed e t a i l e d m e t h o d o f m o d e l i n gc o m ，c o r b a a n de j b c o m p o n e n t sa c c o r d i n g t ot h ef u n c t i o n a ls u p p o r t o fr a t i o n a lr o s e s e c o n d l y , t h em f cs y s t e ma r c h i t e c t u r ei sd e s i g n e d ，w h i c hi n c l u d e st h e a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no f t h es i n g l e ，d o u b l ec o m p u t e rs y s t e ma r c h i t e c t u r e so f t h em f c ，t h e d e s i g no ft h em f cs o f t w a r eh i e r a r c h ya n ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r e t h i r d l y , b a s e do nt h e a p p r o a c ht om o d e l i n gc o m p o n e n tb a s e do nu m l ，t a k i n gt h ed i s p l a ym i d d l e w a r ef o ra n e x a m p l e ，a n e n t i r em o d e l i n g p r o c e s so f t h em f c s y s t e m m i d d l e w a r ei sg i v e n ，w h i c hi n c l u d e s r e q u i r e m e n ta c q u i r e m e n t ，a n a l y s i sm o d e l i n g ，d e s i g nm o d e l i n ga n dr e a l i z a t i o n f i n a l l y , i n o r d e rt ov a l i d a t et h ef u n c t i o no f s y s t e mm i d d l e w a r e ，a n dg u i d es p e c i f i e dd e v e l o p m e n tb a s e d o n s y s t e mm i d d l e w a r e ，a l li n s t a n c eo f t h em f ca p p l i c a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n ti sp r o v i d e d k e yw o r d s ：m u l t i - f u n c t i o nc o n s o l e ；u m l ；c o m p o n e n tt e c h n o l o g y ；s y s t e ma r c h i t e c t u r e ； m i d d l e w a r c n 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题来源及多功能显控台简介 本课题来源于舰船多功能显控台( m u l t i f u n c t i o nc o n s o l e ) 系统的开发。 显控台是实现作战系统指挥控制功能的基本设备。显控台的基本功能是：显示、 数掘处理、操控。显控台是由显示器及显示处理模块、数据处理模块、网络和其它接口 模块、操控模块、专用功能模块等组成。 目前的显控台以标准显控台居多，标准显控台：是在系列化、模块化、标准化、通 用化要求之下，既能够适用于各型雷达、声纳、光电设各所需要的显示、操控、数据处 理等功能、性能需要，又能够适用于指控、火控和电子对抗的显示、操控、数据处理等 功能、性能需要的显控台。其标准体现于机械结构及尺寸、电气结构及规格、接口类型 及信息格式，人机界面、支撑软件等方面的标准一致。 由于现代海战的严酷性，使得军方对指控系统的可靠性、抗毁性、生命力、通信组 织灵活性以及自动化程度的要求越来越高。全分布式体系结构恰恰满足了军方的这种要 求。标准显控台已难以适应全分柿式作战系统的需求，全分们式的典型特点是功能分伟、 控制分布和位置分布，但标准显控台仅实现了功能分布和位置分布，没有实现控制分布， 因此迫切需要研制多功能显控台。 标准显控台是多功能显控台的雏形，在标准显控台的标准统一基础上，逐步丌发、 完善通用软件平台，形成适用于多种应用要求的软件平台，实现硬件可按需要配置，软 件功能可按使用需要设置或定义，适用于多种使用要求的多功能显控台的研制目标。 多功能显控台是在标准显控台的基础上，为适应全分布式系统要求而研制的一种新 型显控台，它不仅具有系列化、标准化和通用化，而且可以实现标准显控台难以实现的 组合化，从软、硬件平台、人机接口、系统接口等方面满足全分布式系统的要求。在接 入系统后，不需要更换软、硬件模块和硬件连接，仅通过软件命令，就可使该显控台在 系统中实现备用和完成其它显控台的任务，实现传感器、控制台、武器的动态重组，并 具有良好的技术扩展性和功能扩展能力。 1 2 课题的目的、意义 多功能显控台是为了适应全分布式指控系统的需求而研制的新型显控台。全分布不 华中科技大学硕士学位论文 仅体现在硬件稚置地点上的分布以及系统的分布式拓扑结构上，更重要的是软件上的分 布。全分布式软件体系，每一个节点都装有整个应用软件，系统的管理软件分布在各个 节点，但只有个在工作，同时采用分布式数据库。这样的优点是系统具有备份处理能 力，失效可由功能冗余软件恢复，主要功能可以从一个节点重新分配到其它节点。而当 正在工作的、运行系统管理软件的节点失效时，可自动重新安装运行系统管理软件。另 个优点是带来了操作的灵活性，在任一个多功能台上，如果经授权，就可完成其它显 控台上的指挥、控制等命令，从而实现了控制的分布。 可以看出，软件是多功能显控台的重要部分，而且多功能显控台软件是规模大，复 杂程度高的软件系统，涉及的内容广、模块多，需要由团队合作丌发完成。依据软件工 程，软件开发的关键是软件的分析、设计，即软件建模。那么，采用先进的软件建模方 法，对多功能显控台软件进行建模研究，是保证多功能显控台软件丌发成功的关键，对 整个多功能显控台系统的研制具有重大意义。 1 3 与课题相关的研究概况 1 3 1 显控台发展概况 在现代作战系统发展的初期，系统内各显控台都是为完成系统赋予的固定任务而设 计的专用显控台。各个显控台无论在外形尺寸、模块划分方面，还是在计算机软、硬件 平台、人- 机接口和对外接口等方面，种类繁多、型号各异、互不通用。实践证明，这 种状况给生产调试和使用维护带来很大困难，严重影响了系统的作战能力和可用性。因 此，在作战系统由集中式、分丌式向分布式发展过程中，显控台的模块化、通用化设计 成为重要的研究课题，并且取得重大进展。国外8 0 年代推出的分开式或部分分布式系 统，各显控台结构尺寸统一，功能模块独立通用，互换性好、计算机软、硬平台致， 人- 机接口和通信接口标准，实现了较高水平的模块化和通用化。国内海军“九五”期 间已经完成了水面舰艇、潜艇和岸基三个系列的显控台，主要解决装备的标准化、系列 化和模块化，实现了雷达、声纳、光电、指控、火控等设备的界面、技术标准和规范的 一致性。其水平和国外8 0 年代的产品是相当的。人们将这种控制台也称之为标准的通 用显控台。这种通用显控台，在接入系统前，根据系统需求，通过对模块剪裁可以方便 组成适用于情报处理、作战指挥或武器控制的显控台。但是一旦接入系统，即成为执行 某种任务的专用显控台，没有备用和重组能力。 尽管8 0 年代初期国外研制的显控台称为多功能显控台，但从现在看来其功能仅相 当主楚堡望鳖鱼：塞互童义上的多功能显控台出现在9 0 年代。多功能显控台是实现全 中二一二： 二：= ：= = ：= 二：= ： 华中科技大学硕士学位论文 分和式指控系统支撑设备，也是关键设备，在国外目前已研制的分布式指控系统中都采 用了多功能显控台f 2 1 。法国汤姆森公司( t h o m s o n c s f ) ，生产的v i s t am k 2 多功能显 控台，其使命任务为实时作战计划制定；图像编辑及情报处理；指挥及控制；火控系统 管理；e s m e c m 管理；传感器控制及管理；模拟训练等。v i s t am k 2 人机接口计算机系 统采用u n i x 操作系统，任务计算机系统采用实时u n i xl y n xo s ，图形软件采用x w i n d o w s ，中间件采用汤姆森公司企业标准的a r t t s 异步实时通讯系统，并且汤姆森公 司提供s i u 标准接口部件用于v i s t am k 2 与各子系统或设备接口。v i s t am k 2 采用a d a ， c ，c + + 语言。意大利阿拉尼亚公司( a l e n i a ) 的魔术多功能显控台( m a g i c s c t i ) ，结 构与组成大体与v i s t am k 2 相似，采用u n i xa i x o sl y n x 操作系统；图形软件为x w i n d o w s ( x 1 1 ) ，软件丌发既可以在h p 7 5 0 工作站上采用l y n xo s 的软件在其上丌发， 也可以在i b m 的r i s c6 0 0 0 工作站上使用c 语苦和a | xo s 丌发。a l e n i a 的魔术显控台 模块化结构清晰，维修比较方便，但其没有中间件，不支持视频总线和数据库。目前， 荷兰的多功能台已推出了第三代m o cm k 3 ，其作战系统t a c t i c o s 作战管理系统中采用 一拼接技术，就是一种典型的、使系统实现了模块化、全分伟式体系结构的技术，而 且更向信息集成、任务管理、损害评估、训练及维修等方面拓展。 1 3 2 组件技术 在软件生产中，重用技术由来已久，从最早的函数库，到现在得到广泛应用的类库。 但是软件复用主要以源代码为主，由于对代码理解的困难，标准的不统一及传统程序设 计语言本身对复用的支持力度不足等方面的原因，复用效率较低，所带来的功效也不明 显。人们希望重用技术的发展能将目前类似于“作坊模式”的软件生产改变成工业化生 产的模式，使之像在流水线上组装、生产汽车一样方便、快捷。组件( c o m p o n e n t ) 技 术正是基于这种思想的软件重用技术。在软件开发中充分使用组件技术，能够提高丌发 速度、降低开发成本、增加应用软件的灵活性、降低软件的维护费用，这些优良的特性， 对大型复杂软件系统的丌发是非常重要的( 3 】。 如图1 l 所示，一个大的应用程序被划分成多个模块，每个模块保持一定的功能独 立性，在协同工作时，它们通过相互之间的接口完成实际的任务，我们把每个这样的模 块称为组件。一个设计良好的应用系统往往被切分成多个组件，这些组件可以单独开发。 当所有的组件丌发完毕，将它们装配在一起就得到了完整的应用系统。当系统的外界软 硬件环境发生变化或用户需求有所改变时，只需对受影响的个别组件进行修改，重新组 合便得到新的升级软件【4 】。 3 华中科技大学硕士学位论文 l e _ i i i ii i i l ij ! - _ _ _ j ；= ；= ；= = t = t = _ 目_ _ _ - 目自e # 目= = ；= | _ _ 幽i - f 应j e f j 利序结构 组件技术是目前发展最快的软件重用技术。当日u 主流的组件模型规范有三种：o m g 的c o r b a ，s u n 的j a v a b e a n s e j b 和m i c r o s o f t 的c o m d c o m ，三者各有千秋。遵从 这些规范开发的组件具有良好地可操作性，能够被很好的重用。 1 3 3 基于u m l 的面向对象建模方法 - 好的分析与设计可以成就一个好的系统，这就是为什么在软件开发过程中的需求分 析和设计阶段最具挑战性。虽然目前人们已经普遍刀：始采用面向对象的分析设计，但是 面向对象的方法种类很多，缺乏统一的语言或语义，来为复杂软件系统进行定义、可视 化、构建和编制文档。那么，软件开发的难点就在于一个项目的参与包括领域专家、软 件设计开发人员、客户以及用户，他们之间交流的难题成为软件丌发的最大难题。统一 建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，u m l ) 改变了这一现状，其重要性在于表示方 法的标准化有效地促进了不同背景人们的交流，有效地促进软件设计、开发和测试人员 的相互理解。u m l 由三位面向对象方法领域著名的方法学家g r a d yb o o c h ，j a m e s r u m b a u g h 和i v a rj a c o b s o n 提出，结合了他们以及其它众多优秀软件方法和思想，得到 世界知名公司m i c r o s o f l 、h p 、o r a c l e 、i b m 、r a t i o n a l 等等的使用和支持，于1 9 9 7 年 1 1 月被由o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n t g r o u p ) 组织采纳，成为面向对象建模的标准语言。 u m l 融合了b o o c h 、o m t 、o o s e 等多种面向对象方法实践的优点，不仅支持 面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件丌发的全过程。u m l 是建模语 言，不包含对过程的定义独立于过程的。从原理上讲，“方法= 表示法+ 过程”。尽管 u m l 本身没有对过程有任何定义，但u m l 对任何使用它的方法( 或过程) 提出的要 求是：支持用例驱动( u s e c a s ed h v e n ) 、以架构为中一心( a r c h i t e c t u r e c e n t r i c ) 以及递增 ( i n c r e m e n t a l ) 和迭代( i t e r a t i v e ) 地丌发1 5 1 。 美国的r m i o n a l 于1 9 9 8 年发布了名为统一建模过程( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ， r u p ) 的面向对象软件丌发过程框架。该过程框架所强调的“用例驱动、以构架为中心、 迭代增量”是当前和将来软件开发所应该遵从的原则【州。因此，基于u m l 的软件建模 方法，应该尽可能遵从r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s 的框架。并且使用u m l 作为统一的图 形化表示法来记录软件开发过程中各个阶段的相关信息。 华中科技大学硕士学位论文 1 4 本文主要工作 目前，在显控台系统的丌发中已经采用了基于u m l 的面向对象建模方法，但还没 有使用组件技术。 值得指出的是，面向对象建模技术和组件技术并不是相互独立发展的，二者存在着 密切的相互促进关系。一方面，严格的对象建模规范为面向接1 ：3 的设计和可替换组件目 标的实现提供了强有力的表示方法。另方面，组件与类相比，提高了软件系统的模块 化和对象建模的重用性。利用u m l 和其推荐的r u p ，把复杂的软件系统模型化，并以 此为基础完成各组件的开发【7 1 。这种u m l 和组件相结合的软件丌发方法，将充分发挥二 者的优点，降低软件系统的开发困难。 如何将两项技术相结合应用于系统开发，有关这方面的研究和实例还很少。为了将 u m l 和组件技术应用到多功能显控台系统的开发中，本文研究并总结了基于u m l 的 组件建模方法。接着，在确定了多功能显控台系统体系结构的基础上，应用该建模方法 对多功能显控台系统中间件进行了建模，继而对基于系统中问件的显控台应用系统进行 了建模。实践证明，基于u m l 和组件技术丌发多功能显控台系统，提高了系统的重用 能力与开发效率，减少了系统丌发时l i j ，改善了整个系统的灵活性、适应性和可维护性， 充分发挥了u m l 与组件技术的优点。 论文第一章，指出了课题的来源于多功能显控台系统的j f ：发，介绍了多功能显控台； 说明了多功能显控台系统建模的重要性：介绍了与课题有关的显控台发展情况、组件技 术和u m l ；最后指出本文的主要工作是将u m l 和组件技术用于多功能显控台系统的 开发，重点讲述系统建模。论文第二章，首先介绍了c o m 、c o r b a 、e j b 三种组件技 术；然后研究并总结了组件建模的u m l 描述方法，并针对三种组件技术给出了具体的 建模方法。论文第三章，分析了多功能显控台单机、双机两种系统体系结构，确定了双 机系统体系结构，继而确定多功能显控台软件组成和软件体系结构。论文第四章，应用 基于u m l 的组件建模方法，给出多功能显控台系统中删件的建模实例。论文第血章， 为了演示系统中阿件的功能，并对基于系统中蒯件的二次丌发给予一定的方法指导，给 出了多功能显控台应用系统开发实例。在虽后的结论中，总结了所做的工作，并对研究 工作做了进一步的展望。 华中科技大学硕士学位论文 2 组件技术和基于u m l 的组件建模 2 ，1 组件技术概述 所谓组件，是指系统实现的一个物理单元，它具有定义良好的接1 3 ，被作为系统的 个可替换部分来使用f 舢。组件技术的基本思想是，创建和利用可以重用的软件组件来 解决应用软件的开发问题。为了使开发出的组件能够被重用，并且能够互操作，必须制 定相应的组件模型标准。目前主流的标准有三种：m i c r o s o f t 的c o m d c o m ，s u n 的j a v a b e a n s e j b 和o m g 的c o r b a ，遵从这些规范开发的组件具有良好地可操作性，能够 被很好的重用。 2 1 1c o m ，d c o m c o m ，即组件对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) ，是一种以组件为发布单元的 对象模型，这种模型使各软件组件可以用一种统一的方式进行交互，从而实现组件问的 互操作性1 9 】。 1 ) c o m 对象和接口 组件之间的接口是组件软件的关键，因为接口是软件通信的基础。c o m 同时引入 了面向对象的思想，在c o m 标准中，组件模块为c o m 对象提供了活动的空间，c o m 对象通过接口方式对外提供服务。图2 i 说明了c o m 组件、c o m 对象和c o m 接口 三者之间的关系。一个组件程序可以同时包括多个c o m 对象，并且每个c o m 对象可 以实现多个接口。当客户端程序调用组件的功能时，它首先创建一个c o m 对象通过其 它途径获得c o m 对象，然后通过该对象所实现的c o m 接口调用它所提供的服务。当 所有的服务结束后，如果客户端程序不再需要该c o m 对象，它就会释放掉对象所占有 的资源，包括对象本身。 接口l接口2接口3 i ! | 2 - 1c o m 组件、c o m 对象和c o m 接口关系 2 ) c o m 的客户服务器模型 c o m 对象通过接口来提供服务，实现客户和服务器之问的交互。客户和服务器之 一。 6 华中科技大学硕士学位论文 间的关系可分为三种类型。进程内服务器、 客户和服务器处于相同的进程地址空间中， 本地服务器和远程服务器。进程内服务器： 一旦客户程序与组件程序运行建立通信关 系客户程序就可以通过得到的接口指针直接调用服务器对象的成员函数；进程内服务 器被包装在标准的w i n d o w sd l l 中；c o m 负责在需要时加载该d l l ，在判断出客户 不使用时将其卸载；其关系如图2 2 所示。本地服务器：客户和服务器位于同一主机的 不同进程，c o m 采用了本地过程调用( l o c a lp r o c e d u r e ，l p c ) 实现进程外组件于客户 程序的通信，如图2 3 所示。 酗2 - 2 同一进程内的组件，进科内服务器 图2 - 3 不同进程中的组件，本地服务器 3 ) d c o m d c o m 即分布式组件对象模型，是对c o m 在网络环境下的的无缝扩展，它充分 利用基于c o m 的应用、组件开发工具及知识，并把它们转移到分布式计算的应用领域， 幽2 - 4 d c o m 的j ：作过群 实现了不同计算机上的组件对象与客户程序之问或组件对象之间在网络上的互相通信。 它建立在分布式计算环境( d c e ) 的远程过程调用( r p c ) 之上，采用d c er p c 的n d r ( n e t w o r kd a t a r e p r e s e n t a t i o n ) 格式来进行数据分组和传输，并利用d e cr p c 的安全 华中科技大学硕士学位论文 机制进行数掘的安全认证和一致性检查。d c o m 的基木i ：作过程如图2 - 4 所示。 2 1 2c o r b a c o r b a 全称是公共对象请求代理体系结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 。图2 5 说明了c o r b a 2 0 参考模型的主要部件，并表示了客户、服务的 执行对象与o r b 接口间的关系l l 。 图2 - 5c o r b a 的结构组成 o r b 是一个在对象脚建立客户服务器联系的中间件。使用o r b ，客户可以调用服 务器的对象或对象中的应用，被调用的对象不要求在同一台机器上。由o r b 负责进行 通信，同时o r b 也负责寻找适于完成这一工作的对象，并在服务器对象完成后返回结 果。客户对象完全可以不关心服务器对象的位置，实现它所采用的具体技术和工作的硬 件平台。甚至不必关心服务器对象的与服务无关的接口信息，这就大大简化了客户程序 的工作。既然能够这么方便，那o r b 就需要提供在不同机器| 日j 应用程序间的通信，数 据转换，并提供多对象系统的无缝连接。 c o r b a 所能识别的协议是o m g 的接口定义语言。它可完整地确定部件的接口 客户所需使用接口的全部信息。i d l 定义的接口经i d l 编译器编译后能产生客户的i d l 存根及执行对象的框架( s k e l e t o n ) 这类能与o r b 通信的接口。 1 ) i d l 桩( s t u b ) 。在编译时确定的向对象服务提供静念接口，它位于客户对象的 本地，接受客户的请求。桩定义了客户如何调用服务器上的相应服务。存根使得客户调 用服务器的服务如同本地调用，即相当于远程服务器对象的一个本地代理( p r o x y ) 。它 可以将操作及其参数编码或解码成可以传送到服务器的具体格式信息，而不用担心基础 协议或数据数组等问题。 2 ) 动态调用( d i i ) 。用于编译时不能确定的请求，即用束在运行时发现将被调用 的方法。客户使用di i 动态地将请求与对象连接，而不是通过请求i d l 定义的s t u b 柬 进行连接。将d i i 用于对象动态连接，对象定义和接口在客户端编译时是未知的，因此 华中科技大学硕士学位论文 客户的请求必须包括对象参考、操作和参数。c o r b a 提供的接口仓库( i n t e r f a c e r e p o s i t i o n ) 就是一个对象界面描述的数据库，可以从接口仓库返回关于对象和服务的 具体描述。 3 1o r b 接1 3 作为一个逻辑体可以以各种方式实现。为了使应用和具体的实现分 离，c o r b a 为o r b 定义了抽象的接口以提供各种标准的操作：初始化和关闭o r b ； 将对象参考转化为字符串或副本；创建参数表。 4 1框架s k e l e t o n 。分动态框架和静态框架。它针对执行对象来说代表了远程客户 的作用，可在本地调用执行对象服务，并与o r b 通信。 5 ) 对象适配器。提供执行对象可以访问o r b 服务的基本接口，其作用是产生及解 释对象引用、安全交互、登记和执行等等。 2 1 3e j b e j b 是基于j a v a 的组件模型，它提供了将j a v a 对象封装成e j b 组件的方式。e j b 的上层的分布式应用程序是基于对象组件模型的，低层的事务服务用了a p i 技术。e j b 技术简化了用j a ，a 语言编写的企业应用系统的丌发，配置，和执行。 e j b 的体系结构如图2 - 6 所示，其中包括e j b 服务器、e j b 容器和e j b 组件等核心 内容的定义。e n t e r p r i s eb e a n 在e j b 容器中调度，并在e j b 服务器上运行。可以通过更 改它们的调度描述符来定制它们，并且可以将其与其它b e a n 汇编在一起创建新的应用 程序。 i 鳘| 2 - 6 e l b 体系结构 本地接口( h o m e i n t e r f a c e ) ：制定了定位、创建和删除e n t e r p r i s eb e a n 类的实例的 可用方法。 远程接口( r e m o t e i n t e r f a c e ) ：制定客户机可以在e n t e r p r i s eb e a n 上调用的远程业 务方法。因为所有的客户端调用都通过e j bo b j e c t 而不是h o m e o b j e c t ，因此实现这个 一一 9 华中科技大学硕士学位论文 接口的是e j bo b j e c t 而不是h o m eo b j e c t a e j b 容器( e j bc o n m i n e r ) ：是用来管理一个或多个e n t e r p r i s eb e a n 的运行时环境。 e j b 容器管理e n t e r p r i s eb e a n 对象的生命周期、协调分布式事物和实现对象安全行。每 个e j b 容器都是由e j b 服务器提供的，它包含在给服务器上运行的一组e n t e r p r i s e b e a n 。 它通过规范中定义的接口使e j b 构件获得所需的服务。e j b 组件是计算和数据存储的单 元。 e j b 服务器( e j bs e r v e r ) ：是一个管理e j b 容器的高端进程或应用程序，它提供运 行时环境来支持执行使用e n t e r p r i s eb e a n 服务器应用程序。 e n t e r p r i s e b e a n 是基于分布式事务处理的企业级应用程序的组件，分为三种类别： 会话( s e s s i o n ) b e a n s 、实体( e n t i t y ) b e a n ，以及消息驱动( m e s s a g e d r i v e n ) b e a n 。 会话( s e s s i o n ) b e a n s 是一种作为单个的c l i e n t 执行的对象。作为对远程的任务请 求的相应，容器产生一个s e s s i o nb e a n s 的实例。一个s e s s i o nb e a n s 有一个c l i e n t 。从某 种程度上来说，一个s e s s i o nb e a n 对于服务器来说就代表了它的那个c l i e n t 。s e s s i o n b e a n s 的生命周期与c l i e n t 相同。 实体( e n t i t y ) b e a n s 表示持久存在的业务对象或者数据。它们通常作为数据库中的 单一记录形式存在，当然，其存储形式也可能采用其他媒质，比如文件等。 以上的两种b e a n 类型以同步方式为e j b 客户提供服务。客户发出请求然后等待b e a n 发回结果。消息驱动( m e s s a g ed r i v e n ) b e a n s 避免了这一可能的瓶颈问题。采用j a v a 消息服务j m s ( j a v am e s s a g i n gs e r v i c e ) ，客户程序可以产生一个消息并把消息发布给 消息队列。消息驱动b e a n 随之采用或者检索消息执行其内容。这种事件或者数据的通 讯就成为异步形式；客户或者b e a n 都无须依赖对方的直接响应。 2 2 组件建模的u m l 描述方法 对组件进行分析设计，需要一套全面描述组件的方法。现有的u m l 对组件建模的 支持并不理想：首先u m l 是从物理实现的角度来描述组件的，缺乏组件的分析设计表 示方法，而且其组件的含义太广泛，并不是针对具体的组件技术标准。这罩，我们首先 讨论了u m l 已有的组件描述方法。然后结合u m l 的建模机制，给出使用组件设计系 统的方法。 2 2 1 u m l 中接口、组件的表示 从c o m d c o m 、c o r b a 和e j b 组件技术，可以看出组件最显著的特征就是接口。 每个组件具有个或多个接口，接口是组件和用户之间通信的唯一途径，它代表了组件 o 华中科技大学硕士学位论文 中元素所实现的服务1 2 i 。从用户角度来说，组件就是一组接口。从技术上讲，接口定义 了组成员函数，这组成员函数是组件对象暴露出来的所有信息，客户利用这些函数获 得组件对象的服务。 u m l 提供建模元素接口( i n t e r f a c e ) 来描述组件接口i 引。接口在类图中表示为一个 带接口名称的小圆圈，或用带构造型 的类来表示。接口与实现它的模型元 素( 类或组件) 之间是实现关系。调用该接口的类与接口之间的关系是依赖。图2 - 7 给 出了接口的表示方法，其中i d r a w g r a p h 为画图接口，i d r a w a t t r i b u t e 为画图属性接口， 类g r a p h c o n t a i n e r 实现这两个接口，类c u s t o m c l a s s 调用这两个接口( 依赖关系) 。 石2 0 写翌 t 图2 7 接口及其实现 在u m l 中，组件( c o m p o n e n t ) 定义为一个物理的、可替换的，并提供一组接口 实现的可执行模块，其由组件图符表示，并构成组件图。显然符合该定义的组件种类广 泛，如c o m d c o m 、c o r b a 、e j b 、网页、数据库、动态链接库、可执行程序等。本 文主要讨论c o m d c o m 、c o r b a 和e j b 组件模型标准定义下的组件 如图2 8 所示，组件c o m p o n e n t l 实现两个接口i m e f f a c e x 和i n t e f f a c e y ；组件 c o m p o n e n t 2 依赖于接口i n t e f f a c e y 。可以看出组件图是从实现的角度来描述组件，即为 组件的物理设计。它只能显示系统实现部分所包含的组件以及组件之间存在的依赖关 系。 图2 - $ 组件及其依赖关系 n 华中科技大学硕士学位论文 2 2 2 使用组件设计系统 最理想的构造新系统的方法是只使用已有的组件，但在构造新系统过程中通常需要 修改已有组件或创建新组件。由于组件是种运行时的物理单元，那么需要在设计阶段 拙述组件的方法。这罩，我们提出了一种描述组件设计的方法，即组件设计图。 组件设计图包含多个类，它表示一些彼此交互以提供一组服务的类。在u m l 中， 这可表示为子系统，即一种实现了一个以上接口的包( p a c k a g e ) 。为了明确地把子系统 用作组件的设计表示，这罩使用构造型 。典型地，组件和组件 子系统是一对应的；但对于复杂的设计，子系统能被嵌套的表示复杂组件3 1 。 子系统如图2 - 9 所示子系统实现一个以上的接口，并可能依赖于其它子系统的接 口。 c o m ：i u n k n 。w n s u b s y g t 冒n a 一一 s u b s y s t e m b 图2 - 9 子系统的u m l 表示 子系统的可见性规则很简单：它完全封装其内容。和组件相似，子系统提供的唯一 行为是其实现的接口。除了通过其接口，没有其它途径可以调用子系统的功能。予系统 反映了组件的语义：为了使实现了相同接e l 的组件具有真讵的可替代性，在设计时组件 被表示为只有接口可见。 c 。m ：l u n k n o w n s u b s y s t e r n as u b g y s t 郇c 幽2 - 1 0 子系统的泛化 一个子系统可以从其它予系统泛化而来。子系统问的这种关系描述为实现继承或组 件规格说明。如图2 - 1 0 所示子系统s u b s y s t e m c 实现了i f o o 、c o m ：i u n k o w n 和i b a r 。 胜于创建一个实现相同接口，具有相同依赖和内容的新子系统我们能从一个存在的子 系统中继承它们，并在新子系统中特殊化其行为。例如，我们可以创建一个新的组件， 为现成组件的组件增加功能。如何采用具体组件技术来实现这种继承关系，那么对应 c o m 技术可以使用包容和聚合。 一一 华中科技大学硕士学位论文 一= = # 目= = = = = = = = = = _ = ；= = = _ = e = = = 目一 在u m l 中，子系统和对象类一样，可被用于任何类能够使用的地方。但更重要的 是在顺序图中描述系统的动态特性( 1 4 1 。如图2 - 1 1 所示，描述了对象、子系统的实例和 目甲 。一 1 日a r 图2 子系统顺序图 接口的相互作用。一个对象可以向其它对象发送消息，在这罩表示为对子系统行为或接 口的调用。 2 3 使用u m l 对c o m 、e j b 和c o r b a 组件建模 f i 面已经给出了使用u m l 设计组件的一般方法，还没有结合具体的组件技术对组 件进行详细设计。这小，我们结合u m l 的扩展机制和u m l 建模：f ：具r a t i o n a lr o s e 提 供的功能，针对c o m d c o m 、e j b 和c o r b a 三种组件技术标准给出相应的建模方法。 2 3 1 c o m 组件建模 使用u m l 对c o m 组件建模，需要根据c o m 组件技术的具体实现方法。目前c o m 组件的开发方法主要有三种：一是使用c o ms d k 商接丌发c o m 组件，j ：是通过 m f c 提供的支持来实现三是使用一套全新的c o m 丌发j 二具a t l 。前两种方法正逐 渐被a t l 所代替。著名的u m l 软件建模工具r a t i o n a lr o s e 对基于a t l 的c o m 组件 开发提供系列的支持，其中包括c o m 组件可视化建模、组件代码生成和逆向模型更 新。关于如何在r o s e 中建立基于a t l 的c o m 组件模型，本人在实践的基础上，总结 出以下方法。 前面所讨论的组件图是从物理实现的角度来描述组件。那么采用a t l 丌发组件时， 在建模的分析设计阶段c o m 组件表示如图2 一1 2 。利用u m l 中的扩展机制，r o s e 提供 了一个带构造型 的类【l “，表示处于设计阶段的c o m 组件类，即实现了一 个或多个接口的c o m 组件类。该c o m 组件类是基于a t l 技术的，r o s e 可以生成相 应的c o m 程序框架代码。因此，c o m 组件的分析设计和编码实现能够紧密结合。 丫 华中科技大学硕士学位论文 = _ = = = 1 2 j = = ；= ；= = = ；= = ；= ；= = = = _ nc o m 组件建模的一般过程、步骤 步骤l ：在类图中选择一个将作为c o m 组件类的普通类f i r s t a t l 。 步骤2 ：选择菜单选项t o o l s v i s u a l c + + c o m n e wa t lo b j e c t 。这时弹出一个a t l o b j e c tp r o p e r t i e s 对话框。其中c l a s s 栏为步骤1 选择的类的名字。c o c l a s s 栏是类型库 中所描述的该组件类的名字，该名字与前面的c l a s s 名一致。i n t e r f a c e 栏是该组件类所 实现的第一个接口的名字，由开发者确定，这里为i n t e r f a c e xp r o gi d 栏是对应组件类 标识符c l s i d 的一个易记的名字，该栏由系统自动填写。t y p e 是该组件在系统注册表 中的组件类型名，由系统自